Перегляд вихідного коду сторінки Формальдегідне забруднення атмосферного повітря

{{Незрозуміло|дата=лютий 2021}}
'''Формальдегідне забруднення'''&nbsp;— вміст у [[Атмосфера Землі|повітряному просторі]] отруйної органічної сполуки [[Формальдегід|формальдегід (<chem>HCHO</chem>)]] в концентраціях, які шкідливі або небезпечні для навколишнього середовища і здоров'я населення. 

Формальдегід (<chem>HCHO</chem>) є найважливішим канцерогеном і основним токсичним забруднювачем у зовнішньому повітрі серед 187 небезпечних забруднювачів повітря<ref>Environ. Sci. Technol. 2017, 51, 10, 5650–5657 Publication Date: April 25, 2017 https://doi.org/10.1021/acs.est.7b01356</ref><ref>Benning, L., Wahner, A. Measurements of Atmospheric Formaldehyde (HCHO) and Acetaldehyde (CH3CHO) during POPCORN 1994 Using 2.4-DNPH Coated Silica Cartridges. Journal of Atmospheric Chemistry 31, 105—117 (1998). https://doi.org/10.1023/A:1005884116406</ref>. Джерела утворення формальдегіду в повітряному просторі мають дві основні групи: природні і техногенні. Кожен з цих двох груп розділені на підгрупи: первинні і вторинні джерела<ref>Какарека, С.&nbsp;В.&nbsp;Анализ и оценка источников выбросов формальде- гида в атмосферный воздух на территории Беларуси / С.&nbsp;В.&nbsp;Какарека, Ю.&nbsp;Г.&nbsp;Кокош (Ашурко) // Природопользование: сб. науч. тр. / Институт природопользования НАН Беларуси ; редкол.: А.&nbsp;К.&nbsp;Карабанов (гл. ред.) [и др.].&nbsp;— Минск, 2012.&nbsp;— Вып. 21.&nbsp;— С. 75−82.</ref>.

== Джерела забруднення ==
Формальдегід — це хімічна речовина, яку можна знайти майже всюди навколо нас, і хоча багато хто може не замислюватися над тим, як він потрапляє в повітря, знання його джерел є ключем до кращого розуміння як нам дбати про своє здоров’я та довкілля.

=== Джерела формальдегіду в природі ===

==== Первинні джерела ====
Тут діло йде про такі природні явища, як рослини, лісові пожежі, вулкани, та навіть деякі види тварин. Так, дерева та рослини можуть випускати формальдегід у процесі своєї життєдіяльності.

==== Вторинні джерела ====
Це вже результат взаємодії з іншими речовинами. Наприклад, великі лісові масиви та болота можуть створювати вуглеводні, які потім перетворюються на формальдегід під впливом інших чинників. Розглянемо це докладніше. Формальдегід є продуктом окислення вуглеводнів, і цей процес може відбуватися під впливом ряду природних чинників:

===== Лісові масиви та болота як джерела вуглеводнів ===== 
Великі лісові масиви та болота є важливими джерелами різноманітних органічних вуглеводнів. Наприклад, дерева випускають волатильні органічні сполуки (ВОС) як частину своєї природної життєдіяльності.

===== Окислення вуглеводнів у формальдегід ===== 
Коли ці волатильні органічні сполуки потрапляють в атмосферу, вони можуть реагувати з оксидами азоту <chem>NO_x</chem> та іншими речовинами під впливом сонячного випромінювання. Ця реакція призводить до утворення тропосферного озону та інших вторинних органічних аерозолів, серед яких є формальдегід.<ref>Air Pollution Controls for Summer Surface Ozone as Deduced by OMI https://aura.gsfc.nasa.gov/science/feature-102009b.html Retrieved on 2023-09-26.</ref>

===== Роль ультрафіолетового випромінювання ===== 
[[Ультрафіолетове випромінювання]] від Сонця може сприяти окисленню ВОС, пришвидшуючи їх перетворення на формальдегід. Тому в районах з високим рівнем сонячної активності може спостерігатися збільшення концентрації формальдегіду в атмосфері.

Таким чином, хоча лісові масиви та болота є природними джерелами вуглеводнів, реакції, що відбуваються в атмосфері під впливом сонячного випромінювання та інших речовин, можуть збільшити рівень формальдегіду у повітрі.

=== Техногенні втручання: коли людина «додає» до проблеми ===

==== Первинні джерела ====
Основні «винуватці» тут — це різноманітні заводи та підприємства, де формальдегід використовується у виробництві, а також процеси спалювання органічного палива.

==== Вторинні джерела ====
Вони складніші для вивчення, адже це можливо все від вихлопних газів автомобілів до теплоелектростанцій та домогосподарств. Формальдегід утворюється тут завдяки хімічним реакціям з іншими речовинами в атмосфері.<ref>John H. Seinfeld, Spyros N. Pandis., Atmospheric Chemistry and Physics: From Air Pollution to Climate Change, 3rd Edition, Wiley, E-Book 978-1-119-22117-3</ref> 

Що робити? Сучасні наукові дослідження дозволяють нам не лише розуміти, звідки береться формальдегід, але й передбачати його концентрації в повітрі. Тому зараз акцент переноситься з усунення на попередження проблеми. Нам важливо знати, що відбувається, щоб краще захистити себе та наше довкілля.

== Сучасний стан ==
Сучасна тенденція збільшення урбанізованих територій у світі обумовлює зростаючий тиск на навколишнє середовище в глобальному контексті. Як складна система, яка має свій метаболізм (споживає ресурси та енергію і виділяє в навколишнє середовище відходи), мегаполіси світу здатні впливати на забруднення повітря навіть на великих відстанях<ref>Gerd, A., Folberth, Timothy, M., Butler, William, J.,Collins, Steven, T., Rumbold (2015). Megacities and climate change- A brief overview. Environment Pollution. 203, 235—242.</ref>. Дослідженнями багатьох авторів було доведено взаємовплив забруднення атмосферного повітря та глобальних кліматичних змін. Внесок мегаполісів за викидами парнікових газів складає за попередньою оцінкою Глобальної доповіді про населені пункти ООН-Хабітат, до 70&nbsp;%. Значну роль при цьому припадає на транспортну систему<ref>[http://www.unhabitat.org UN-Habitat] Retrieved on 2021-02-09.</ref>. І хоча останнім часом у багатьох високорозвинутих країнах прийнята концепція відмови від випуску автомобільного транспорту, який використовує пальним [[Бензин|бензинове]] та [[Дизельне паливо|дизельне]] паливо, але підвищена залежність від особистого транспорту все більше визначає його основним джерелом викидів парникових газів в міському середовищі окремих країн пострадянського простору. За прогнозами Програми ООН по населеним пунктам, викиди парнікових газів в таких країнах від автотранспортних засобів мають до 2050 року зрости вдвічі, що складатиме 26&nbsp;% світових викидів парнікових газів (порівняно з 2011 роком).<ref>У екології та природних ресурсів КМДА. Регіональна доповідь про стан навколишнього природного середовища в м. Києві в 2016р. Управління екології та природних ресурсів КМДА, 2016.</ref>

Викиди в атмосферу в мегаполісах налічують широкий спектр газів і аерозолів, які впливають на якісні характеристики атмосфери. Найбільш значні&nbsp;— [[Діоксид вуглецю|діоксид вуглецю <chem>(CO2)</chem>]], [[Оксид азоту|оксиди азоту <chem>(NOx)</chem>]], летючі [[органічні сполуки]] (ЛОС), [[Аміак|аміак <chem>(NH3)</chem>]], [[Діоксид сірки|діоксид сірки <chem>(SO2)</chem>]], чорний та органічний вуглець. Внаслідок емісій та перетворень забруднювачів в атмосфері в залежності від метеоумов місцевості спостерігається вторинне забруднення повітря з утворенням фотохімічних продуктів. Питаннями моделювання та моніторингу впливу викидів мегаполісів на якість повітря та на клімат у глобальному та регіональному масштабах займалися багато світових вчених, таких як: David, D.,Parrish<ref>David, D.,Parrish, Hanwant, D.,Singh, Luisa, Molina, Sasha, Madronich. (2011). Air quality progress in North American megacities: A review. Atmospheric Environment, 45, 7015-7025.</ref>.

Спостерігалася тенденція збільшення викидів [[Парникові гази|парникових газів]] (ПГ) в країнаї ЄС по секторах економіки. За період з 1990 року по 2013 рік це збільшення становило 5,4&nbsp;%<ref>[http://www.climaest.ua Державне регулювання викидів <chem>CO2</chem> та споживаггя енергії дорожним автотранспортом: Європейський досвід та перспективи України/ Ніколас Хілл, Улізабет Віндіш, Олексій Клименко // Clima East Project, К.: 2016.]{{Недоступне посилання}}</ref>. Викиди <math>CO2</math> дорожнім транспортом в Україні на 2019 рік становили 1648827т, що склало на 35932т більше з попереднім 2018 роком (за даними існуючої системи моніторингу).<ref>[http://www.ukrstat.gov.ua/operativ/operativ2020/ns/vzrpgz_reg_2019.html Викиди забруднюючих речовин у атмосферне повітря від пересувних джерел забруднення по регіонах.]</ref>.

Збільшення вторинного формальдегідного забруднення атмосферного повітря в містах-мільйонниках обумовлено зростанням кількості автотранспортних засобів, які використовують бензинове та дизельне паливо для пересування. Шляхи перенесень та перетворень забруднювачів в атмосфері та хід фотохімічних реакцій залежать від кліматичних умов місцевості, що розглядається<ref>Polishchuk S.Z., Dotsenko L.V., Demidenko A.S. (2015) Estimation of the influence of meteorological factors on the state of atmospheric air pollution in the city of Dnipropetrovsk (on the example of formaldehyde) / Construction, materials science, machine building: Starodubsky Readings-2015,&nbsp;— P.266-270.</ref>. Зі збільшенням температурних показників та сталості атмосфери цей показник може сягати 3-5 [[Гранично допустима концентрація|ГДК]] даної токсичної речовини, а максимальні його значення&nbsp;— 5-8ГДК.<ref>О.&nbsp;Г.&nbsp;Шевченко, М.&nbsp;І.&nbsp;Кульбіда, С.&nbsp;І.&nbsp;Сніжко, Л.&nbsp;С.&nbsp;Щербуха, Н.&nbsp;О.&nbsp;Данілова. (2014). Рівень забруднення атмосферного повітря міста Києва формальдегідом. Український гідрометеорологічний журнал, Одеський державний екологічний університет, №&nbsp;14,&nbsp;— С. 2-22.</ref>.

Формальдегід є вкрай токсичною речовиною. Зменшення забруднення повітря викидами від автотранспортних засобів дозволить значно скоротити його концентрацію в атмосферному повітрі та зменшити екологічний ризик для здоров'я населення від забруднення атмосферного повітря великих транспортних міст як України, так і за кордоном.

На сьогоднішній день за даними Держгідромету працює 16 стаціонарних постів спостережень за станом атмосферного повітря по м. Києву, де міряють концентрацію формальдегіду в приземному шарі повітря. <ref>[http://cgo-sreznevskyi.kyiv.ua/data/lsza-table/19-06-11-08-05-59.jpg Мережа спостережень] Retrieved on 2021-02-09.</ref> Деякі з них розташовані в безпосередній близькості від великих автомобільних перехресть та шляхопроводів, але цього недостатньо для міста, в якому налічується більш як 33 великих автомобільних шляхопроводів та розв'язок. 

Найбільша кількість викидів, крім пересувних джерел забруднення, спостерігається в зимові та весняні місяці, коли аерозольне забруднення відбувається за рахунок котелень та теплоелектростанцій, які працюють на [[Вугілля|вугіллі]]. При спостерігаємих певних метеоумовах (температурний режим, вологість, інтенсивність сонячної радіації і т.ін..) утворення аерозолів відбувається за рахунок газової фази окремих токсикантів. Для м. Києва такими сполуками є: оксид вуглецю, [[діоксид сірки]], [[діоксид азоту]], [[фенол]], [[сірковуглець]], формальдегід, [[сірководень]]. У відсотковому відношенні відповідно 25&nbsp;%, 20&nbsp;%, 10&nbsp;%, 3&nbsp;%, 3&nbsp;%, 1&nbsp;%, 1&nbsp;% та вище. За даними [[Центральна геофізична обсерваторія|Центральної геофізичної лабораторії Українського Гідрометцентру]] рівень формальдегіду, вуглекислого газу та оксидів азоту в Києві останніми роками в декілька разів перевищує допустимі концентрації<!--(рис.1)- Моніторинг атмосферного повітря в м. Києві--><ref>[http://cgo-sreznevskyi.kyiv.ua/index.php?fn=lsza&f=lsza Спостереження за забрудненням атмосферного повітря в м. Києві згідно моніторингових даних по стаціонарних постах спостережень] Retrieved on 2021-02-09.</ref>.

== Вуглецевий слід від вторгнення російських військ в Україну у 2022 року ==

Дослідники з університету Durham University and Lancaster University встановили, що [[Збройні сили США]] є одним з найбільших споживачів викопного палива ніж більшості країн світу.<ref>Lancaster University. (2019, June 20). U.S. military consumes more hydrocarbons than most countries&nbsp;— massive hidden impact on climate. ScienceDaily. Retrieved March 15, 2022 from https://www.sciencedaily.com/releases/2019/06/190620100005.htm</ref> Участь численної військової техніки в активних діях логічно вимагає споживання більшої кількості викопного палива і, як наслідок, відбувається збільшення вторинних забруднювачів повітря.

Активні військові дії що розпочалися 24 лютого 2022 року у зв'язку з вторгнення [[Російське вторгнення в Україну (2022)|Росії в Україну]], слід розглядати у тому числі як техногенну катастрофу загальнодержавного масштабу.

На додаток до багаточленного загоряння складів з паливно-мастильними матеріалами, пожежами житлових та адміністративних будівель, слід особливу увагу приділити кількості потенційно спаленого військовою технікою бензинового та дизельного палива на території України.

Як правило, при розробці [[Двигун внутрішнього згоряння|двигунів внутрішнього згоряння]] для військової техніки не приділяється належної уваги ступеню очищення вихлопних газів. Це дає підстави вважати про можливе створення умов підвищених концентрацій формальдегіду внаслідок фотохімічних процесів від автотранспортних викидів в атмосферу.

Зіставивши кількість військової техніки, ввезеної російськими військами на територію України, технічні характеристики двигунів внутрішнього згоряння і відстані пересування цією технікою можна буде зібрати вихідні дані для розрахунку концентрацій вторинного забруднення атмосфери формальдегідом в результаті фотохімічних процесів.

Це дозволить оцінити так званий прихований збиток нанесений військами [[Росія|Російської Федерації]], в результаті забруднення атмосферного повітря, наслідки якого можуть мати безпосередній вплив на жителів проживаючих на території України в майбутньому.

=== Загроза поширення радіоактивного забруднення ===

У зв'язку з активними військовими діями також посилилася загроза поширення радіоактивного забруднення навколо Чорнобильської атомної станції.

21 березня 2022 року на території контрольованій російськими військами було зафіксовано мінімум сім осередків загоряння. Українська влада і пожежники не можуть скористатися протоколами гасіння пожеж, оскільки Чорнобильська атомна станція і прилегла до неї територія знаходиться під контролем російських військових.<ref>Chernobyl forest fires raise radiation fears. https://www.protocol.com/bulletins/forest-fire-chernobyl-radiation {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20220323022100/https://www.protocol.com/bulletins/forest-fire-chernobyl-radiation |date=2022-03-23 }} Retrieved on 2022-03-22.</ref>

Поширення радіоактивних пожеж створює ризик перевищення гранично допустимих рівнів [[Цезій-137|цезію]] і радіації в цілому в 16 і більше разів, а також концентрацій летючих органічних сполуки в тому числі і формальдегіду.{{розширити|дата=Березень, 2022}}

== Основні чинники забруднення атмосфери у великих містах ==

=== Тумани і смоги ===

[[Файл:Santiago30std.jpg|міні|праворуч|Смог над [[Сантьяго]] ([[Чилі]])]]
Явище фотохімічного смогу вперше почало спостерігатися над великими мегаполісами&nbsp;— [[Лондон]]ом, [[Париж]]ем, [[Лос-Анжелес]]ом, [[Нью-Йорк]]ом та іншими містами Європи та Америки ще в минулому століття та на сьогоднішній день розглядається як велика екологічна проблема, яка напряму пов'язана з антропогенним впливом на довкілля та глобальними кліматичними змінами.

Так, літній фотохімічний смог вперше був визнаний великою екологічною проблемою в Лос-Анджелеському мегаполісі в 1950-роках.<ref>Rosten MJ. SMOG IN LOS ANGELES. JAMA. 1960;172(12):1322–1323. https://doi.org/10.1001/jama.1960.03020120100027 Retrieved on 2021-05-14.</ref>

{| class="wikitable"
|+ Складові смогу в повітрі Лос-Анджелеса (станам на 1960&nbsp;р.)
|-
! scope="col"| Речовина-забрудник
! scope="col"| Нафтохімічна промисловість
! scope="col"| Спалення палива
! scope="col"| Металургія
! scope="col"| Транспорт
|-
! scope="row"| <chem>C_xH_x</chem>
| 572
| 1
| 17
| 579
|-
! scope="row"| Сульфур <chem>(S_x)</chem>
| 234
| 177
| 104
| 30
|-
! scope="row"| <chem>NO_x</chem>
| 55
| 86
| n/a
| 237
|-
! scope="row"| Всього т/добу
| 861
| 264
| 121
| 846
|-
! scope="row" | Сума
! colspan="3" | 1,246
! colspan="1" | 846
|}

Внаслідок фотохімічних перетворень в повітрі при певних метеоумовах місцевості відбувається утворення вторинних забруднювачів, деякі мають токсичний вплив на організм людини, особливо для дихальної та кровоносної системи в умовах ослаблення імунітету міських жителів.

Утворення вторинного формальдегідного забруднення описується системою перетворень: <ref>''John H. Seinfeld, Spyros N. Pandis'' Atmospheric Chemistry and Physics: From Air Pollution to Climate Change, 3rd Edition.&nbsp;— John Wiley&Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, U.S.A., April 2016,&nbsp;— 1152 p.&nbsp;— ISBN: 978-1-118-94740-1.</ref>

'''МЕТАН <chem>CH_4</chem>'''

: <math>\mathrm{CH_4 + OH\bullet \longrightarrow H_2O + \bullet CH_3}</math>
: <math>\mathrm{\bullet CH_3 + O_2 \longrightarrow CH_3O_2}</math>
: <math>\mathrm{CH_3O_2 + NO \longrightarrow CH_3O\bullet  + NO_2}</math>
: <math>\mathrm{CH_3O\bullet + O_2 \longrightarrow HCHO + HO_2\bullet}</math>
: <math>\mathrm{HO_2\bullet + NO \longrightarrow NO_2 + OH\bullet}</math>

'''ЕТИЛЕН <chem>C_2H_4</chem>'''
: <math>\mathrm{C_2H_4 + OH\bullet \longrightarrow HOCH_2CH_2\bullet}</math>
: <math>\mathrm{HOCH_2CH_2\bullet + O_2 \longrightarrow HOCH_2CH_2O_2\bullet}</math>
: <math>\mathrm{HOCH_2CH_2O_2\bullet + NO \longrightarrow NO_2 + HOCH_2CH_2O\bullet \longrightarrow  HCHO + \bullet CH_2OH}</math>
: <math>\mathrm{\bullet CH_2OH + O_2 \longrightarrow HCHO + HO_2\bullet}</math>



Для умов функціонування окремого мегаполіса світу визначався вченими свій індикатор появи фотохімічного смогу. Але його поява незмінно спостерігалася при нейтральних атмосферних умовах та підвищенних температурних показниках в теплі пори року. Останніми роками почало спостерігатися це нагативне явище над автомобільними шляхопроводами в м. Києві. Особливо слід відзначити 2018—2020 роки. Вважається, що індикатором появи фотохімічного смогу є формальдегід.

Слід зазначити, що рівень концентрації атмосферних забрудників є мінливим при різних метеоумовах місцевості при однієї потужності їх викидів. Найбільш впливові фактори на концентрацію забруднювачів в приземному шарі атмосфери: температурна [[стратифікація атмосфери]], швидкість вітру, відносна вологість повітря. Періоди зі зниженим рівнем забруднення атмосфери мають місце при циклонному характері погоди&nbsp;— характерна хмарність, значні опади, сильний вітер, відсутність [[Інверсія температури|інверсії]]. У даному випадку спостерігається інтенсивне розсіювання домішок в повітрі і, як наслідок, очищення атмосфери.
 
У залежності від макросиноптичних процесів, що формують погодні умови, спостерігається тенденції до підвищення забруднення в приземному шарі атмосфери на фоні антициклонного характеру погоди. При цьому характері погодних умов притаманна стала ясна погода з приземними інверсіями та слабкими вітрами. Відомо, що при температурній інверсії в шарі повітря безпосередньо над джерелами викидів високих незатінених джерел забруднення спостерігається деяке підвищення температурних умов В цьому випадку переміщення шарів повітря зменшується, перенос атмосферних домішок сповільнюється та аерозольно-газові забруднення зосереджуються біля земної поверхні, де їх концентрація відповідно зростає.

16-19 січня 2017 року частину України огорнули тумани та смогі через антициклон «Бригітта»<ref>[https://www.unian.ua/pogoda/news/1728961-do-ukrajini-priyshov-antitsiklon-brigitta-tumani-ogornut-ne-lishe-kijiv.html До України прийшов антициклон «Бригітта»: тумани огорнуть не лише Київ] Retrieved on 2021-02-09.</ref>. Бо саме при антициклоні утворюються оптимальні умови: відсутні фронтальні вітри, різкі зміни температури, спостерігається слабкий вітер або штиль. Антициклон «Брігітта» накрив практично всю Україну.

У періоди спостерігаємих інверсій, коли навколоземні шари повітря мають температуру значно нижче, ніж верхні шари, уповільнена вертикальна циркуляція повітря. В цьому випадку вихлопні гази автомобілів і викиди промислових об'єктів накопичуються переважно в навколоземних шарах . Цим явище теж пояснює утворення смогу в деяких областях України, Білорусії, Польщі в січні-лютому 2017 року.

=== Транспорт ===
Основні забруднюючі речовини, що надходять від автомобільного транспорту, який працює на бензиновому або дизельному паливі, відносяться діоксид вуглецю (до 70&nbsp;%), вуглеводні (19&nbsp;%) та оксиди азоту (до 9&nbsp;%). Разом з вихлопними газами надходять в атмосферне повітря <chem>CO</chem> і <chem>NO_x</chem>, <chem>H_nC_m</chem>. Тверді домішки надходять в атмосферу, в основному, з вихлопними газами (90&nbsp;%) та з картера (10&nbsp;%). Найбільша кількість забруднень попадає в атмосферу, коли автомобіль рухається при розгоні, з невеликою швидкістю, гальмує, часто зупиняється. Ці умови характерні при руху транспорту на автошляхопроводах та перехрестях міста, і саме на цих територіях можемо спостерігати найбільше забруднення від автотранспортних викидів в атмосферу.<ref>Rostyslav Sipakov. (2021, May 4). Improving management of environmental risk from urbanized areas highways' air pollution (on an example of Kyiv city). https://doi.org/10.5281/zenodo.4735835 Retrieved on 2021-05-15.</ref>

=== Спалення палива ===
Паливо містить в основному вуглеводні, за винятком різного роду домішок, таких як азот, алюміній тощо. На перший погляд цей процесздається нешкідливим, але викиди від процесів згоряння палива містять ряд забруднюючих сполук вуглецю. При реакції піролізу, низьких температурах і відносно невеликої кількості <chem>O2</chem>, можуть виникнути умови, які сприятливі до утворення поліциклічних ароматичних вуглеводнів в процесі спалювання. Наприклад&nbsp;— [[бензопірен]]<ref>[https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/2336 Benzo(a)pyrene] Retrieved on 2021-02-09</ref>, сполука, що викликає рак. Крім того, забруднення повітря можуть викликати домішки, що входять до складу палива. Найбільш поширеною домішкою в викопному паливі є [[Сірка|сірка <math>(S)</math>]], частково представлена вигляді мінералу [[Пірит|піриту&nbsp;— <chem>(FeS2)</chem>]]. В деякому вугіллі може містяться до 6&nbsp;% сірки, яка перетворюється при спалюванні в <chem>(SO2)</chem>. У паливі присутня сірка, яка завжди вважається типовим промисловим забруднювачем повітря. Сажа, <chem>CO2</chem> і <chem>SO2</chem> є первинними забруднювачами. Діоксид сірки добре розчинний і тому може розчинятися в атмосферному повітрі, конденсуючись навколо частинок, наприклад, диму, що викликає такі негативні явища, як закислення атмосфери.

Сліди металів&nbsp;— забруднювачів [[Залізо|заліза <chem>(Fe)</chem>]] або [[Манган|мангану <chem>(Mn)</chem>]] каталізують перехід розчиненого <chem>SO2</chem> в <chem>H2SO4</chem>. [[Сірчана кислота]] додатково адсорбує воду. Крапельки її постійно ростуть, вологий смог згущується, досягаючи вкрай низьких значень <chem>pH</chem>.

Перехід від вугілля до вуглеводневого палива має свої переваги і недоліки. З одного боку&nbsp;— зменшить небезпеку забруднення повітря частинками сажі, з іншого&nbsp;— сприяє утворенню нових видів забруднення, як первинних, так і вторинних, які виникають в результаті реакцій первинних забруднювачів з паливом, що не перегоріло та киснем повітря.

== Законодавчо-правова база ==
{{розширити|дата=Лютий, 2021}}

== Оцінка та прогноз ==

Для попередньої оцінки та прогнозування ситуацій забруднення атмосферного повітря при проектуванні нових перехресть та шляхопроводів згідно концепції розвитку міста, необхідно мати відповідні інженерні розрахунки, які ґрунтуються на адекватних моделях утворення формальдегідного забруднення атмосферного повітря над автотранспортними шляхопроводами міста. Найбільш корректною є модель, яка дозволяє визначати концентрації викидів вуглеводнів від автомобільних двигунів та ступінь перетворення цих викидів у формальдегід, що є індикатором появи фотохімічного смогу від автотранспорту в країнах пострадянського простору.

На даний час існують багато досліджень, які присвячені побудові і реалізації реалізації математичних моделей атмосферної дифузії первинних та вторинних забруднювачів повітря над міською територією. Слід відмітити роботи таких авторів, як Д.&nbsp;А.&nbsp;Бєліков<ref>Беликов Д. А., Старченко А.&nbsp;В.&nbsp;Исследование образования вторичных загрязнителей (озона) в атмосфере г. Томска «Оптика атмосферы и океана.» -2005&nbsp;— Т.18, №&nbsp;05-06.- С.435-443.</ref><ref>Беликов Д. А., Старченко А.&nbsp;В.&nbsp;Исследование сцунариев загрязнения атмосферы города примесями вторичной эмиссии «Вычислительные технологии.»&nbsp;— 2005&nbsp;— Т.10,ч.2.- С.99-105.</ref>. Відома велика кількість робіт авторів Berkowicz, Soulhac, Coppalle, Авалиани та інш., в яких отримані залежності для розрахунку концентрацій забруднювачів від автотранспорту в умовах міста<ref>Berkowicz, R., Hertel O., Larsen S.E., Sorensen N.N., Nielsen M. Modelling traffic pollution in streets. Denmark: NERI, 1997.51 p. </ref>. В роботах Леженіна А. А., Мальбахова В. М., Шлычкова В.А, Селегея Т.С<ref>Леженин А. А., Мальбахов В. М., Шлычков В.А Численная модель миграции аэрозоля, образовавшегося в зоне лесных пожаров «Оптика атмосферы и океана.» 2003. Т. 16, №&nbsp;5-6. С. 478—481</ref> окреслена задача розглядалася в два етапи.

=== Математична модель ===

Математична модель щодо визначення формальдегідного забруднення атмосферного повітря над автотранспортними шляхопроводами міста є двоблочною з врахуванням як динаміки та кінетики даного процесу. На першому етапі розраховується кількість викидів вуглеводнів в конвективному струмені над перехрестям, на другому етапі за допомогою законів хімічної кінетики отримуємо кількість молекул формальдегіду, що утворилися над забрудненою територією.

==== Динамічний блок моделі ====
;Визначення кількості викидів вуглеводнів від автотранспорту на шляхопровода
Динамічний блок моделі оснований на припущенні, що над автотранспортним шляхопроводом утворюється теплий купол забрудненого повітря. Конвективне тепло, яке віддає теплове джерело в навколишнє середовище, визначає повністю характер та параметри конвективного струменя повітря, яке утворюється над нагрітою поверхнею. На цьому етапі вирішується рівняння кількості руху забрудненого повітря, яке дозволяє визначати основні параметри забрудненого струменя та розраховувати кількість теплоти, яке виходить з теплого джерела в навколишнє середовище, а також характер та параметри конвективного струменя.

На рис. 1 представлена схема формування конвективної струмини над авторозв'язкою.

[[Файл:The_scheme_of_formation_of_convective_jet_over_the_heated_surface.pdf|міні|Рис.1. Схема вільної конвективної струмени над нагрітою поверхнею шляхопроводу при нейтральних метеоумовах.]]

В схемі конвективної струмини:

<math>K</math>&nbsp;— Секундна кількість руху, яка проходить через переріз, який віддалений на відстані <math>Y (m)</math>, від джерела теплоти.

Приймаємо <math>dK = - d Ar</math>, для елементарного шару завтовшки <math>dY (m)</math>.

<math>V_{k}</math>&nbsp;— Швидкість теплого повітря <math>(m/c)</math>.

<math>Ar</math>&nbsp;— [[Число Архімеда|Архімедова сила]].

<math>D</math>&nbsp;— Початковий умовний діаметр <math>(m)</math>.

<math>H = 2...3D</math>&nbsp;— Висота ділянки формування <math>(m)</math>.

З використанням критерію [[Число Річардсона|Річардсона]] <math>Ri</math> розрізняють стабільні <math>Ri >1</math>, нестабільні <math>Ri < 1</math> і нейтральні при <math>Ri \approx 1</math> умови атмосфери.

Згідно визначенню <math>Ri</math> настає нейтральність, яка стає вираженою при параметрах вітру, менше за середні. Спливання забрудненого повітря гальмується при поступовому зменшенні різниці густини струменю і навколишнього повітря. Формування купола забруднення відбувається на кінцевій висоті струмини.

Для розрахунку параметрів конвективної струмени використовується інтегральний метод [[Метод Ейлера|Л.Ейлера]]<ref>Эйлер Л. Интегральное исчисление. Том 1.&nbsp;— М.: ГИТТЛ. 1956.</ref> Даний підхід полягає в тому, що зміна кількості вхідних та вихідних рухів потоку в окреслений об'єм дорівнює сумі імпульсів об'ємних активних і реактивних сил.

Поверхня тепловіддачі, яка визначається відповідно до розмірів транспортного вузла з діаметром D обмежує виділений циліндричний об'єм (переріз І-І), Переріз ІІ-ІІ розташований на межі ділянки формування і основної ділянки конвективної струмени. Діаметр верхнього обмеження виділеного об'єму орієнтовно дорівнює величині <math>D</math>. Вектори підтікання повітря для формування конвективної струмени для бічної циліндричної поверхні перпендикулярні вертикальній вісі схематичного представлення моделі.

Температуру в найвужчому перерізі теплого струменя, що підіймається вгору, а також середню швидкість повітря знаходимо за формулами конвективної теплопередачі.<ref>Основи конвективного теплообміну: метод. вказівки до практ. занять / уклад.: Н.&nbsp;А.&nbsp;Панченко, А.&nbsp;А.&nbsp;Халатов.&nbsp;— К: НТУУ «КПІ ім. І.Сікорського», 2017.&nbsp;— 32 с.</ref>f

Середня температура в перехідному перерізі конвективного струменя знаходиться по формулі:

: <math>\Delta{t_{ycp}}=\frac{41*Q_s^\frac{2}{3}}{(y-y_o)^\frac{5}{3}}</math>, град.

Середня по площі швидкість теплого повітря, яке підіймається вгору знаходиться по формулі:

: <math>V_y=0{,}56*(\frac{Q_s}{y-y_o})^{0{,}33}</math>

де:

* <math>Q_s=R_a+R_c+R_t</math>, МДж/м²;
* <math>R_a</math>&nbsp;— Розсіяна [[сонячна радіація]] місцевості;
* <math>R_c</math>&nbsp;— Пряма сонячна радіація місцевості;
* <math>R_t</math>&nbsp;— Теплота яка виділяється від [[Вихлопні гази|автомобільних викидів]] на транспортному перехресті, МДж/м²;
* <math>R_t=q_a*N*40000</math>, МДж;
* <math>q_a</math>&nbsp;— Середня витрата [[Паливо|палива]] для одного автомобіля на 1&nbsp;м шляху, л.;
* <math>N</math>&nbsp;— Кількість автомобілів, що визначається за кількістю смуг;
* <math>N=\frac{n*L^\prime}{l+L}</math>
* <math>n</math>&nbsp;— Кількість автомобільних смуг на шляхопроводі,
* <math>L^\prime</math>&nbsp;— Довжина однієї смуги, м;
* <math>l</math>&nbsp;— Довжина автомобіля, м;
* 40000 МДж/л&nbsp;— Теплота, що розсіюється в навколишнє середовище на кожен літр бензину;
* <math>L</math>&nbsp;— Інтервал між автомобілями;
* <math>y-y_o</math>&nbsp;— Відстань від поверхні землі до найвужчого струменя конвективного тепла, яке підіймається вгору, м;

На підставі теоретичних досліджень, авторами яких є Булгаков, Талієв, Писаренко, приймається висота конвективного струменя в межах верхнього граничного умови рівна 3 діаметрам поверхні перехрестя.

Загальна кількість викидів вуглеводнів автомобілями визначається за формулою:

<math>CH_{CH}=(\frac{N*100*7,5}{3600})*1000, mg/c</math>

де:

* 100&nbsp;— потужність одного автомобіля (кВт);
* 7,5&nbsp;— концентрація вуглеводню <math>CH_{1,85}</math> в склади вихлопних газів карбюраторного двигуна (г/кВт* година);

Витрата повітря в найвужчому перерізі конвективного струменя визначається за формулою:

<math>CH_{air}=(\frac{pi*D^2}{4})*V_y, m^3/c</math>

де:

* <math>V_y</math>&nbsp;— середня по площі швидкість теплого повітря.

Концентрація [[вуглеводні]]в <math>C_{CH}</math> від заданої кількості автотранспорту визначається в найвужчому перерізі забрудненого струменя рівне висоті в 2 діаметра перехрестя за формулою:

<math>C_{CH}=\frac{CH_{CH}}{CH_{air}}, mg/m^3</math>

==== Кінетичний блок моделі ====
;Механізм вторинного забруднення формальдегідом атмосферного повітря
Другий блок моделі стосується фотохімічних перетворень вуглеводнів (<chem>CxHy</chem>) різного походження, які досить детально описані в ряді робіт Джона Сейнфілда<ref>John H. Seinfeld, Atmospheric chemistry and physics / Spiros N. Pandis // A Wiley-Interscience Publication, Printed in the USA, QC879.6. S45 1997.- 1356 P.</ref> і Алояна<ref>Aloyan A.E., Numerical modeling of the interaction of gas species and aerosol in the atmospheric dispersive system / Russ.J Num. // Analysis Math. Modelling.&nbsp;— 2000.&nbsp;— Vol. 15, No 3-4.&nbsp;— P. 211—224</ref>, як приклади, метан, вуглеводні біогенного походження&nbsp;— [[ізопрен]] і [[алкени]] ([[етилен]]), які входять в викиди двигунів внутрішнього згоряння.

Залежність константи швидкості реакцій від температури в загальному випадку описується диференційним [[Правило Вант-Гоффа|рівнянням Вант-Гоффа&nbsp;— Арреніуса]], інтегральне рішення якого дозволяє визначати на підставі даних моніторингових спостережень ефективну енергію активації процесу перетворення молекул [[Етилен|<chem>C2H4</chem>]] в молекули [[Формальдегід|<chem>HCHO</chem>]] в залежності від заданих метеоумов. Інтегральне рішення якого має вигляд:

<math>lnK=C-(\frac{E}{R*T})</math>

де:
* <math>C</math>&nbsp;— постійна інтегрування;
* <math>E</math>&nbsp;— енергія активації, постійна даної реакції, J/molK;
* <math>R</math>&nbsp;— універсальна газова постійна, J/mol;
* <math>T</math>&nbsp;— абсолютная температура (зазвичай в Кельвінах);

== Див. також ==
* [[Забруднення повітря]]
* [[Забруднення атмосферного повітря в Україні]]

== Примітки ==
{{notelist|2}}

== Джерела ==
{{reflist|2|refs=

}}

== Література ==
* ''John H. Seinfeld, Spyros N. Pandis'' Atmospheric Chemistry and Physics: From Air Pollution to Climate Change, 3rd Edition.&nbsp;— John Wiley&Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, U.S.A., April 2016,&nbsp;— 1152 p.&nbsp;— ISBN: 978-1-118-94740-1.

== Посилання ==
* 

{{Портали|Екологія|Хімія|}}

[[Категорія:Забруднення атмосферного повітря]]
[[Категорія:Екологічна безпека]]
[[Категорія:Природокористування]]
[[Категорія:Забруднення]]
[[Категорія:Екологічна хімія]]